1.“理想”的智能电网

　　1.1 智能电网的特征

　　理想的智能电网应具备智能、高效、可靠、自愈、绿色、经济六大特征。

　　⑴ 智能电网具有自我感知状态、自我分析策略和自动控制，形成通过一个广域通信网联接的庞大智能机器;

　　⑵ 高效 单位输电走廊的输电能力更高、输配电损耗更低、能源综合利用效率更高;

　　⑶ 可靠 电网承受扰动与冲击的能力更强、运行更加安全;

　　⑷ 自愈 自动发现故障、诊断故障、自动采取控制措施，在用户察觉前消除缺陷;

　　⑸ 绿色 可再生能源发电的比例更高、电力传输损耗更小、电力工业对于环境与人更加友好;

　　⑹ 经济 电网资产的利用率更高、电价能够实现电力工业利益与公众利益的平衡。

　　总之，满足电力需求;保证供电的安全性、可靠性、经济性、电能质量、环保约束;实现与用户的互动和增值服务。

　　1.2 发展智能电网的主要驱动力

　　⑴ 电力需求将迅速增长;

　　⑵ 可再生能源发电将大规模并网，集中型和分布式发电将并行发展，可再生能源的地域分布不均衡;

　　⑶ 高电能质量、高可靠性的供电需求在迅速增长;

　　⑷ 发展相关高新技术产业，带动经济发展。

　　1.3 发展智能电网面临的问题与挑战

　　⑴ 电网支撑大范围优化资源配置能力亟待提高;

　　⑵ 电力系统难以适应清洁能源跨越式发展;

　　⑶ 大电网安全稳定运行面临巨大压力;

　　⑷ 用户多元化需求对现有电网提出新的挑战;

　　⑸ 电网运行效率与国际先进水平存在差距;

　　⑹ 电网发展对关键技术和装备提出更高要求。

　　2 电能质量将纳入到智能电网统一框架内

　　2.1 电能质量研究课题

　2.3 智能电网带来电能质量的挑战

　　随着电力消耗的多样性需求和电能高效利用与实现，非线性设备迅速增加，电能质量问题变得日益严重。

　　国外学者和工程技术专家特别提出，电能的合理使用对环境和经济都极其重要，过多地利用电力电子装置存在着产生电能质量扰动和设备高敏感性两方面问题。

　　有专家担忧，在智能电网建设中必须充分考虑电能质量问题是十分重要的。不能再走“先污染，后治理”的缺少智慧的老路。

　　电力电子学中的电磁兼容理论和方法、电力电子装置的可靠性问题依然是困扰其经济应用的瓶颈;它对智能电网的实现带来的负面影响不可低估。

　　总之, 如果没有预防措施，智能电网使得电能质量更糟，不会更好;但是智能电网将带来巨大的益处，这一建设应当继续进行下去。因此，应当把保障电能质量作为智能电网建设中的重要组成部分。

　　3 电能质量研究领域将要开展的新课题

　　3.1 电能质量的最近定义

　　⑴ 电力系统不干扰或影响负荷运行的能力--PCC处的电压质量;

⑵ 负荷不干扰或降低电力系统运行效率的能力--主要但不只限于负荷的电流波形质量。

3.2 细化电能质量扰动现象分类

　　现有标准忽略了电压暂降的三相特征。最近CIGRE,CIRED和UIE的一个共同工作组研究了电压暂降的其他特征，得到的其中一个结论就是，制造商应当注意其他特征(短时间严重不平衡等)，而不能仅仅只关注幅值和持续时间。

　　闪变仪仅仅针对连续型电压变动和非白炽灯。今后的研究很可能会涉及其他类型的灯，并且不只针对电压幅值的连续型变化，也将涉及到电压幅值上的事件型变化(occasional change)。闪变仪的概念也会有所调整或被完全不同的概念所替代

　　影响配电变压器过负荷风险的影响因素有：有功功率波动、无功功率、电流不平衡、谐波电流以及负荷开关冲击(load-switching inrush)等。重点在于将所有这些扰动合并起来，产生一个可以预测寿命损失或者负荷电流引起的变压器的过负荷风险指标。基于影响的方法很可能会得出另一种不同于现有的扰动分类。

　　3.3探索电能质量责任评定方法

　　⑴ 责任评定问题难度大，属于开放性研究领域;它涉及供电系统、有特定电压质量要求的敏感用户，以及对发射水平需加以控制的扰动负荷;通过深入研究才可能得到广泛接受的方法。

　　(2 )正确识别PCC处扰动源负荷—扰动源定位。

　　识别主导扰动源：用户与供电方对PCC处电能质量扰动水平有较大影响的一方;

　　例如，基于单个测量点的谐波评定指标：通过测量PCC处的电压电流波形，以及从PCC处看进去的供电系统和用户的谐波阻抗进行计算;

　　又如，基于分布式测量系统的谐波评定指标：总指标和有害影响损失指标等。

　　(3)基于经济影响的指标评估

　　电力市场中的各运营方相互独立，并追求各自的技术和经济利益，需要建立以经济方案为基础的监管制度;为此提出有经济性理念的服务指标，开展电能质量经济学—power quality economics 和在制定电能质量标准指标时除了考虑技术因素外，还应加强“基于影响的经济评估方法” 。

　　例如，针对确定型和概率型谐波成本或者电压或电流波形畸变对设备、元件的经济影响。

　　可以归纳为3类:

　　1)额外损失(除了基波损失之外的);

　　2)提早老化;

　　3)不正常运行。

　　最后，提出利用电压质量和供电连续性描述供电系统特性的服务质量指标：

　　3.4 研究直流输配电系统电能质量标准

　　典型的直流输配电系统如图1所示。

　　提出制定直流电源和直流系统电能质量标准。

　　例如，直流电源的纹波率、准确性等;直流系统对电压尖峰、瞬变和纹波的要求;电动汽车直流充电电源的标准。

　　3.5 适应数字化技术的电能质量检测方法

　　(1)针对数字化变电站建设和数据的规范化、标准化，已确定数字信号固定采样频率为10kHz，需要解决200点×10周波下的谐波等电能质量指标检测算法;针对单次间谐波的识别，波形畸变识别由目前采用的200ms(严格讲，是十个周波)波形窗，提出增大波形窗数(基准时间)的建议。

　　(2)波形畸变是采用200ms时间窗得到的频谱来进行量化的。但研究人员不能因此而停止对其他量化方法的探求。以高时间分辨率跟踪单个间谐波这一课题需要更多先进的方法。

　　3.6 分析分布式发电电能质量现象

　　(1)分布式电源靠近负荷，电能损失和电压降落均可减小。

　　(2)分布式发电也带来了一些不利的影响，例如形成双向功率潮流、短路电流水平增大等，这对系统保护的正确判断是一项挑战。

　　(3)分散式发电的渗透率不断增长，给配电网电能质量水平带来了严重的影响。如：

　　1)电流的剧烈变化引起电压瞬变;

　　2)发电机组输出功率的循环变化导致电压波动;

　　3)发电机有功和无功功率变化引起的长时间电压变动;

　　4)单相发电机组带来的不平衡问题;

　　5)短路电流的增大会改变电压暂降的特征。

　　6)分布式发电机会改变系统的谐波阻抗，影响到母线背景谐波电压;与其并联的电容器又会导致系统出现谐波谐振与放大。

　　3.7 分布式发电接入前后的电能质量水平评估

　　(1)分布式发电安装前的评估

　　目的：为选择安装位置和安装容量提供决策支持(包括滤波及无功补偿电容是否形成谐振条件、同步发电机是否可以控制配电系统的无功功率等辅助服务)。

　　(2)分布式发电安装后的评估

　　目的：检验现有限值对电力扰动约束的有效性。

　　国外学者针对含分布式发电的配电系统电能质量，提出了两类新指标，即：

　　1)电能质量变化量指标;

　　2)影响系统指标。

　　3.8 优质优价，分级供应与管理模式

　　智能电网最终必将优质优价，分级供应与管理模式，图2所示为在建的日本仙台-Sendai优质电力园区项目分级管理模式。

　　其中：A类负荷——优质180kW;B类负荷——高质588KW;普通负荷——中质910kW。

　　B类再分级：当电网停电后， B1：由储能系统供电; B2：由DG供电; B3：无备用。

　　3.9 免疫能力与耐受过渡能力

　　工业界越来越迫切的提出：电力系统是否应适应现代电气设备的高敏感性，还是敏感用户去解决自己设备过于敏感的问题;是将风电等随机波动功率用准入规则拒之门外，还是接纳并共同研究采取措施适应新能源时代发展的进程。

　　“接纳与共存”是必由之路;有智慧的办法是，采取必要的措施和制定相关的约束准则，这方面的实践工作已经开始。

　　图3所示为中国风电场低电压穿越要求的规定。

　　3.10 需求侧管理办法

　　电力需求侧管理的核心要素是，有序、有效、经济的电力利用，电能质量管理是其重要的组成部分。

　　电力需求侧管理是指，为提高电力资源利用效率，改进用电方式，实现科学用电、节约用电、有序用电所开展的相关活动。

　　2010年，为进一步加强电力需要侧管理工作，落实国家节能减排战略，发改委、电监会等六部委最新联合印发《电力需求侧管理办法》(发改运行〔2010〕2643号)。这是继2004年发改委联合电监会印发《加强电力需求侧管理指导意见》后，中国在电力需求侧管理工作方面又一个重要的指导性文件。

　　《电力需求侧管理办法》确定了电力需求侧管理的定义，明确了电力电力需求侧管理工作的责任主体和实施主体，即发改委负责全国电力需求侧管理工作，电网企业是电力需求侧管理工作重要的实施主体，自行开展工作并为其他各方提供便利条件。在此基础上，《电力需求侧管理办法》提出了电力需求侧管理工作的十六项管理措施和激励措施。

　　4 结束语

　　《电能质量经济性调查分析》课题已于2011年4月在国家发改委立项启动。

　　自2006年以来，国内若干研究机构分别对上海(宝钢)、廊坊、广州、杭州等地进行了电能质量经济性调查的初步尝试，但未形成具有普遍指导意义的系统性调查报告。

　　国家发改委十分重视此次调查工作。在国家电力能源供应紧张、供需不平衡的情况下，围绕电力有序利用和加强需求侧管理为主题专门立项，以上海市为切入点，目前已经完成第一阶段的问卷调查，正在开展深度访谈调查分析工作，争取年底提出调查分析报告，这为我国全面开展电能质量经济性调查分析，为国家主管部门提供真实可信、有决策支持的科学数据迈出重要的一步。